Transcriptome diversity among rice root types during asymbiosis and interaction with arbuscular mycorrhizal fungi.

Root systems consist of different root types (RTs) with distinct developmental and functional characteristics. RTs may be individually reprogrammed in response to their microenvironment to maximize adaptive plasticity. Molecular understanding of such specific remodeling-although crucial for crop improvement-is limited. Here, RT-specific transcriptomes of adult rice crown, large and fine lateral roots were assessed, revealing molecular evidence for functional diversity among individual RTs. Of the three rice RTs, crown roots displayed a significant enrichment of transcripts associated with phytohormones and secondary cell wall (SCW) metabolism, whereas lateral RTs showed a greater accumulation of transcripts related to mineral transport. In nature, arbuscular mycorrhizal (AM) symbiosis represents the default state of most root systems and is known to modify root system architecture. Rice RTs become heterogeneously colonized by AM fungi, with large laterals preferentially entering into the association. However, RT-specific transcriptional responses to AM symbiosis were quantitatively most pronounced for crown roots despite their modest physical engagement in the interaction. Furthermore, colonized crown roots adopted an expression profile more related to mycorrhizal large lateral than to noncolonized crown roots, suggesting a fundamental reprogramming of crown root character. Among these changes, a significant reduction in SCW transcripts was observed that was correlated with an alteration of SCW composition as determined by mass spectrometry. The combined change in SCW, hormone- and transport-related transcript profiles across the RTs indicates a previously overlooked switch of functional relationships among RTs during AM symbiosis, with a potential impact on root system architecture and functioning.

Rice perception of symbiotic arbuscular mycorrhizal fungi requires the karrikin receptor complex.

In terrestrial ecosystems, plants take up phosphate predominantly via association with arbuscular mycorrhizal fungi (AMF). We identified loss of responsiveness to AMF in the rice (Oryza sativa) mutant hebiba, reflected by the absence of physical contact and of characteristic transcriptional responses to fungal signals. Among the 26 genes deleted in hebiba, DWARF 14 LIKE is, the one responsible for loss of symbiosis . It encodes an alpha/beta-fold hydrolase, that is a component of an intracellular receptor complex involved in the detection of the smoke compound karrikin. Our finding reveals an unexpected plant recognition strategy for AMF and a previously unknown signaling link between symbiosis and plant development.

The role of arbuscular mycorrhizal fungi on the early-stage restoration of seasonally dry tropical forest in Chamela, Mexico

It was evaluated the effect of two different sources of local inocula from two contrasting sites (mature forest, pasture) of arbuscular mycorrhizae fungi (AMF) and a non-mycorrhizal control on the plant growth of six woody species differing in functional characteristics (slow-, intermediate- and fast-growth), when introduced in a seasonally tropical dry forest (STDF) converted into abandoned pasture. Six plots (12 X 12m) were set as AMF inoculum source. Six replicates of six different species arranged in a Latin Square design were set in each plot. Plant height, cover area and the number of leaves produced by individual plant was measured monthly during the first growing season in each treatment. Species differed in their ability to benefit from AMF and the largest responsiveness in plant height and leaf production was exhibited by the slow-growing species Swietenia humilis, Hintonia latiflora and Cordia alliodora. At the end of the growing season (November), the plant height of the fast growing species Tabebuia donnel-smithii, Ceiba pentandra and Guazuma ulmifolia were not influenced by AMF. However, inocula of AMF increased leaf production of all plant species regardless the functional characteristics of the species, suggesting a better exploitation of above-ground space and generating a light limited environment under the canopy, which contributed to pasture suppression. Inoculation of seedlings planted in abandoned pasture areas is recommended for ecological restoration due to the high responsiveness of seedling growth in most of species. Use of forest inoculum with its higher diversity of AMF could accelerate the ecological restoration of the above and below-ground comunities.

PRODUCTION OF AUSTRALIAN CEDAR SEEDLINGS INOCULATED WITH ARBUSCULAR MYCORRHIZAL FUNGI IN DIFFERENT TYPES OF CONTAINERS

ABSTRACT The present study aimed to evaluate the growth and the levels of N, P, K, Ca and Mg in Australian cedar seedlings which had been inoculated with arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) in different types of containers. The experiment was carried out in a greenhouse and the experimental design was that of randomized complete blocks (RCB), with a 4 x 4 factorial design consisting of four inoculation treatments with AMF (Rhizophagus clarum, Gigaspora margarita, a mixed inoculation (R. clarum + G. margarita) and the control (with no AMF inoculation); four types of containers (plastic bags measuring 250 cm3, tubes of 55 and 130 cm3 and pressed blocks 440 cm3. plant-1), with four repetitions. The height, the diameter of the stem base, the aerial part dry weight (APDW), the dry weight of the root (DWR) and the total plant dry weight (DW) were measured, along with the Dickson quality index, the percentage of mycorrhizal colonization and the levels of N, P, K, Ca and Mg in the aerial part dry weight. One hundred and thirty eight days (138) days after sowing, the greatest growth and/or the highest levels of P, K and Ca could be observed in the aerial part dry weight of the Australian cedar seedlings which had been planted in the pressed block container and inoculated with a mixture of the two AMF species (G. margarita + R. clarum) or with just R. clarum. Thus it can be seen that AMF can make a significant contribution to the production of Australian cedar seedlings.

Glyphosate drift affects arbuscular mycorrhizal association in coffee

Mycorrhizal association promotes better survival and nutrition of colonized seedling on field, and consequently, increasing of productivity. However, the weed management can interfere on this association, due to incorrect use of glyphosate. This work has assessed the effects of glyphosate drift on the growth and nutrition of arabica coffee plants (Catuaí Vermelho - IAC 99) colonized with arbuscular mycorrhizal fungi (AMF). The experiment was conducted in 2 x 5 factorial scheme, and included inoculated and non-inoculated plants, and five glyphosate subdoses (0.0, 57.6, 115.2, 230.4, and 460.8 g ha-1 of glyphosate), in randomized blocks with five replication. The inoculation was carried during the greenhouse phase of seedlings production with a mixture of Rhizophagus clarus and Gigaspora margarita, and after to transplanting, when the plants had seven pairs of leaves, glyphosate subdoses were applied. The product caused intoxication in up to 60% of non-inoculated and 45% on inoculated plants, when the highest dose of 460.8 g a.e. ha-1 was applied. A negative effect was noted on the growth and phosphorus content of coffee plants, this effect increased depending on glyphosate subdose, but regardless of inoculation. Glyphosate drift reduces the growth and nutrition of plants colonized by species of AMF and native fungi, negatively affecting root colonization of plants treated.

Effects of using different host plants on the detected biodiversity of arbuscular mycorrhizal fungi from an agroecosystem

The influence of peanut (Arachis hypogaea L.), sorghum (Sorghum bicolor (L.) Moench) and maize (Zea mays L.) on the development and diversity of arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) from an agrosystem was investigated. Soil collected from an agricultural field where maize had been grown was inserted into sowing holes, under the seeds of peanut, sorghum and maize those were subsequently grown in sterilised quartz sand separately in plastic boxes for five months. After this period, collections of roots and rhizospheric soil were made to evaluate the percentages of root colonization (RC), number of spores (NS) and species of AMF. Peanut showed the highest average values for RC and NS: 24.5% and 547.8/100 g of soil, respectively. Maize had an average RC of 19.7% and 415.2 spores/100g soil. Sorghum showed the lowest values: 15.9% for average RC and 349.8 spores/100 g soil. A total of fourteen species of AMF were identified. Seven species were identified from peanut rhizospheres, Entrophospora colombiana being the most abundant and frequent. In sorghum rhizospheres, twelve species were found, Glomus geosporum was the dominant taxon in terms of number of spores and frequency. Ten species were detected in maize with Acaulospora longula being the most abundant and the most frequent. It was observed that peanut was the best plant for promoting the sporulation of AMF, while sorghum favoured the establishment of most AMF species, followed by maize.

Molecular interactions of arbuscular mycorrhizal fungi with mycotoxin-producing fungi and their role in plant defense responses

Les trichothécènes de Fusarium appartiennent au groupe des sesquiterpènes qui sont des inhibiteurs la synthèse des protéines des eucaryotes. Les trichothécènes causent d’une part de sérieux problèmes de santé aux humains et aux animaux qui ont consommé des aliments infectés par le champignon et de l’autre part, elles sont des facteurs importants de la virulence chez plantes. Dans cette étude, nous avons isolé et caractérisé seize isolats de Fusarium de la pomme de terre infectée naturellement dans un champs. Les tests de pathogénicité ont été réalisés pour évaluer la virulence des isolats sur la pomme de terre ainsi que leur capacité à produire des trichothécènes. Nous avons choisi F. sambucinum souche T5 comme un modèle pour cette étude parce qu’il était le plus agressif sur la pomme de terre en serre en induisant un flétrissement rapide, un jaunissement suivi de la mort des plantes. Cette souche produit le 4,15-diacétoxyscirpénol (4,15-DAS) lorsqu’elle est cultivée en milieu liquide. Nous avons amplifié et caractérisé cinq gènes de biosynthèse trichothécènes (TRI5, TRI4, TRI3, TRI11, et TRI101) impliqués dans la production du 4,15-DAS. La comparaison des séquences avec les bases de données a montré 98% et 97% d'identité de séquence avec les gènes de la biosynthèse des trichothécènes chez F. sporotrichioides et Gibberella zeae, respectivement. Nous avons confrenté F. sambucinum avec le champignon mycorhizien à arbuscule Glomus irregulare en culture in vitro. Les racines de carotte et F. sambucinum seul, ont été utilisés comme témoins. Nous avons observé que la croissance de F. sambucinum a été significativement réduite avec la présence de G. irregulare par rapport aux témoins. Nous avons remarqué que l'inhibition de la croissance F. sambucinum a été associée avec des changements morphologiques, qui ont été observés lorsque les hyphes de G. irregulare ont atteint le mycélium de F. sambucinum. Ceci suggère que G. irregulare pourrait produire des composés qui inhibent la croissance de F. sambucinum. Nous avons étudié les patrons d’expression des gènes de biosynthèse de trichothécènes de F. sambucinum en présence ou non de G. irregulare, en utilisant le PCR en temps-réel. Nous avons observé que TRI5 et TRI6 étaient sur-exprimés, tandis que TRI4, TRI13 et TRI101 étaient en sous-exprimés en présence de G. irregulare. Des analyses par chromatographie en phase-gazeuse (GC-MS) montrent clairement que la présence de G. irregulare réduit significativement la production des trichothécènes par F. sambucinum. Le dosage du 4,15-DAS a été réduit à 39 μg/ml milieu GYEP par G. irregulare, comparativement à 144 μg/ml milieu GYEP quand F. sambucinum est cultivé sans G. irregulare. Nous avons testé la capacité de G. irregulare à induire la défense des plants de pomme de terre contre l'infection de F. sambucinum. Des essais en chambre de croissance montrent que G. irregulare réduit significativement l’incidence de la maladie causée par F. sambucinum. Nous avons aussi observé que G. irregulare augmente la biomasse des racines, des feuilles et des tubercules. En utilisant le PCR en temps-réel, nous avons étudié les niveaux d’expression des gènes impliqué dans la défense des plants de pommes de terre tels que : chitinase class II (ChtA3), 1,3-β-glucanase (Glub), peroxidase (CEVI16), osmotin-like protéin (OSM-8e) et pathogenèses-related protein (PR-1). Nous avons observé que G. irregulare a induit une sur-expression de tous ces gènes dans les racines après 72 heures de l'infection avec F. sambucinum. Nous avons également trové que la baisse provoquée par F. sambucinum des gènes Glub et CEVI16 dans les feuilles pourrait etre bloquée par le traitement AMF. Ceci montre que l’inoculation avec G. irregulare constitut un bio-inducteur systémique même dans les parties non infectées par F. sambucinum. En conclusion, cette étude apporte de nouvelles connaissances importantes sur les interactions entre les plants et les microbes, d’une part sur les effets directs des champignons mycorhiziens sur l’inhibition de la croissance et la diminution de la production des mycotoxines chez Fusarium et d’autre part, l’atténuation de la sévérité de la maladie dans des plantes par stimulation leur défense. Les données présentées ouvrent de nouvelles perspectives de bio-contrôle contre les pathogènes mycotoxinogènes des plantes.

The evolution of inter-genomic variation in arbuscular mycorrhizal fungi

Contexte: Les champignons mycorhiziens à arbuscules (AMF) établissent des relations symbiotiques avec la plupart des plantes grâce à leurs réseaux d’hyphes qui s’associent avec les racines de leurs hôtes. De précédentes études ont révélé des niveaux de variation génétique extrêmes pour des loci spécifiques permettant de supposer que les AMF peuvent contenir des milliers de noyaux génétiquement divergents dans un même cytoplasme. Si aucun processus de reproduction sexuée n’a jusqu’ici été observé chez ces mycorhizes, on constate cependant que des niveaux élevés de variation génétique peuvent être maintenus à la fois par l’échange de noyaux entre hyphes et par des processus fréquents de recombinaison entre noyaux. Les AMF se propagent par l’intermédiaire de spores qui contiennent chacune un échantillon d’une population initiale de noyaux hétérogènes, directement hérités du mycélium parent. À notre connaissance les AMF sont les seuls organismes qui ne passent jamais par un stade mononucléaire, ce qui permet aux noyaux de diverger génétiquement dans un même cytoplasme. Ces aspects singuliers de la biologie des AMF rendent l’estimation de leur diversité génétique problématique. Ceci constitue un défi majeur pour les écologistes sur le terrain mais également pour les biologistes moléculaires dans leur laboratoire. Au-delà même des problématiques de diversité spécifique, l’amplitude du polymorphisme entre noyaux mycorhiziens est mal connue. Le travail proposé dans ce manuscrit de thèse explore donc les différents aspects de l’architecture génomique singulière des AMF. Résultats L’ampleur du polymorphisme intra-isolat a été déjà observée pour la grande sous-unité d’ARN ribosomal de l’isolat Glomus irregulare DAOM-197198 (précédemment identifié comme G. intraradices) et pour le gène de la polymerase1-like (PLS) de Glomus etunicatum isolat NPI. Dans un premier temps, nous avons pu confirmer ces résultats et nous avons également pu constater que ces variations étaient transcrites. Nous avons ensuite pu mettre en évidence la présence d’un goulot d’étranglement génétique au moment de la sporulation pour le locus PLS chez l’espèce G. etunicatum illustrant les importants effets d’échantillonnage qui se produisaient entre chaque génération de spore. Enfin, nous avons estimé la différentiation génétique des AMF en utilisant à la fois les réseaux de gènes appliqués aux données de séquençage haut-débit ainsi que cinq nouveaux marqueurs génomiques en copie unique. Ces analyses révèlent que la différenciation génomique est présente de manière systématique dans deux espèces (G. irregulare et G. diaphanum). Conclusions Les résultats de cette thèse fournissent des preuves supplémentaires en faveur du scénario d’une différenciation génomique entre noyaux au sein du même isolat mycorhizien. Ainsi, au moins trois membres du genre Glomus, G. irregulare, G. diaphanum and G. etunicatum, apparaissent comme des organismes dont l’organisation des génomes ne peut pas être décrit d’après un modèle Mendélien strict, ce qui corrobore l’hypothèse que les noyaux mycorhiziens génétiquement différenciés forment un pangenome.

Comparative mitochondrial genomics toward understanding genetics and evolution of arbuscular mycorrhizal fungi

Les champignons mycorhiziens arbusculaires (CMA) sont très répandus dans le sol où ils forment des associations symbiotiques avec la majorité des plantes appelées mycorhizes arbusculaires. Le développement des CMA dépend fortement de la plante hôte, de telle sorte qu'ils ne peuvent vivre à l'état saprotrophique, par conséquent ils sont considérés comme des biotrophes obligatoires. Les CMA forment une lignée évolutive basale des champignons et ils appartiennent au phylum Glomeromycota. Leurs mycélia sont formés d’un réseau d’hyphes cénocytiques dans lesquelles les noyaux et les organites cellulaires peuvent se déplacer librement d’un compartiment à l’autre. Les CMA permettent à la plante hôte de bénéficier d'une meilleure nutrition minérale, grâce au réseau d'hyphes extraradiculaires, qui s'étend au-delà de la zone du sol explorée par les racines. Ces hyphes possèdent une grande capacité d'absorption d’éléments nutritifs qui vont être transportés par ceux-ci jusqu’aux racines. De ce fait, les CMA améliorent la croissance des plantes tout en les protégeant des stresses biotiques et abiotiques. Malgré l’importance des CMA, leurs génétique et évolution demeurent peu connues. Leurs études sont ardues à cause de leur mode de vie qui empêche leur culture en absence des plantes hôtes. En plus leur diversité génétique intra-isolat des génomes nucléaires, complique d’avantage ces études, en particulier le développement des marqueurs moléculaires pour des études biologiques, écologiques ainsi que les fonctions des CMA. C’est pour ces raisons que les génomes mitochondriaux offrent des opportunités et alternatives intéressantes pour étudier les CMA. En effet, les génomes mitochondriaux (mt) publiés à date, ne montrent pas de polymorphismes génétique intra-isolats. Cependant, des exceptions peuvent exister. Pour aller de l’avant avec la génomique mitochondriale, nous avons besoin de générer beaucoup de données de séquençages de l’ADN mitochondrial (ADNmt) afin d’étudier les méchanismes évolutifs, la génétique des population, l’écologie des communautés et la fonction des CMA. Dans ce contexte, l’objectif de mon projet de doctorat consiste à: 1) étudier l’évolution des génomes mt en utilisant l’approche de la génomique comparative au niveau des espèces proches, des isolats ainsi que des espèces phylogénétiquement éloignées chez les CMA; 2) étudier l’hérédité génétique des génomes mt au sein des isolats de l’espèce modèle Rhizophagus irregularis par le biais des anastomoses ; 3) étudier l’organisation des ADNmt et les gènes mt pour le développement des marqueurs moléculaires pour des études phylogénétiques. Nous avons utilisé l’approche dite ‘whole genome shotgun’ en pyroséquençage 454 et Illumina HiSeq pour séquencer plusieurs taxons de CMA sélectionnés selon leur importance et leur disponibilité. Les assemblages de novo, le séquençage conventionnel Sanger, l’annotation et la génomique comparative ont été réalisés pour caractériser des ADNmt complets. Nous avons découvert plusieurs mécanismes évolutifs intéressant chez l’espèce Gigaspora rosea dans laquelle le génome mt est complètement remanié en comparaison avec Rhizophagus irregularis isolat DAOM 197198. En plus nous avons mis en évidence que deux gènes cox1 et rns sont fragmentés en deux morceaux. Nous avons démontré que les ARN transcrits les deux fragments de cox1 se relient entre eux par épissage en trans ‘Trans-splicing’ à l’aide de l’ARN du gene nad5 I3 qui met ensemble les deux ARN cox1.1 et cox1.2 en formant un ARN complet et fonctionnel. Nous avons aussi trouvé une organisation de l’ADNmt très particulière chez l’espèce Rhizophagus sp. Isolat DAOM 213198 dont le génome mt est constitué par deux chromosomes circulaires. En plus nous avons trouvé une quantité considérable des séquences apparentées aux plasmides ‘plasmid-related sequences’ chez les Glomeraceae par rapport aux Gigasporaceae, contribuant ainsi à une évolution rapide des ADNmt chez les Glomeromycota. Nous avons aussi séquencé plusieurs isolats de l’espèces R. irregularis et Rhizophagus sp. pour décortiquer leur position phylogénéque et inférer des relations évolutives entre celles-ci. La comparaison génomique mt nous montré l’existence de plusieurs éléments mobiles comme : des cadres de lecture ‘open reading frames (mORFs)’, des séquences courtes inversées ‘short inverted repeats (SIRs)’, et des séquences apparentées aux plasimdes ‘plasmid-related sequences (dpo)’ qui impactent l’ordre des gènes mt et permettent le remaniement chromosomiques des ADNmt. Tous ces divers mécanismes évolutifs observés au niveau des isolats, nous permettent de développer des marqueurs moléculaires spécifiques à chaque isolat ou espèce de CMA. Les données générées dans mon projet de doctorat ont permis d’avancer les connaissances fondamentales des génomes mitochondriaux non seulement chez les Glomeromycètes, mais aussi de chez le règne des Fungi et les eucaryotes en général. Les trousses moléculaires développées dans ce projet peuvent servir à des études de la génétique des populations, des échanges génétiques et l’écologie des CMA ce qui va contribuer à la compréhension du rôle primorial des CMA en agriculture et environnement.

Multitrophic links between arbuscular mycorrhizal fungi and insect parasitoids

The effects of arbuscular mycorrhizal colonization of Leucanthemum vulgare on parasitism of a leaf-mining insect was studied in a field and a laboratory experiment. In the field, parasitism of Chromatomyia syngenesiae by Diglyphus isaea was lower on mycorrhizal plants, compared with plants where the association was reduced. A laboratory experiment, in which L. vulgare was inoculated with three species of AM fungi, showed that the effects on parasitism rates were mycorrhizal species-dependent. Some fungal combinations increased parasitism, some decreased it, while others had no effect. It is concluded that the most likely cause of these differences is plant size, with parasitoid searching efficiency being reduced on the larger plants, resulting from certain mycorrhizal species combinations. However, a mycorrhizal effect on herbivore-produced plant volatiles cannot be ruled out.

Glomus intraradices and Gigaspora margarita arbuscular mycorrhizal associations differentially affect nitrogen and potassium nutrition of Plantago lanceolata in a low fertility dune soil

Two controlled microcosm experiments aimed at a critical re-assessment of the contributions of divergent arbuscular mycorrhizal (AM) fungi to plant mineral nutrition were established that specifically targeted Plantago lanceolata–Glomus intraradices (B.B/E) and –Gigaspora margarita (BEG 34) symbioses developed in a native, nutrient limited, coastal dune soil. Plant tissue nitrogen (N), phosphorus (P) and potassium (K) status as well as plant growth parameters and levels of mycorrhizal colonization were assessed at harvest. In addition to the general well-established mycorrhizal facilitation of P uptake, the study was able to demonstrate a G. intraradices-specific contribution to improved plant nitrogen and potassium nutrition. In the two respective experiments, G. intraradices-inoculated plants had 27.8% and 40.8% more total N and 55.8% and 23.3% more total K when compared to Gi. margarita inoculated counterparts. Dissimilar overall contribution of the two isolates to plant nutrition was identified in AM-genus specific differences in plant tissue N:P:K ratios. G. intraradices inoculated and non-mycorrhizal plants generally exhibited N:P:K ratios indicative of P limitation whereas for Gi.margarita mycorrhizal plants, corresponding ratios strongly implied either N or K limitation. The study provides further evidence highlighting AM functional biodiversity in respect to plant nutrient limitation experienced by mycorrhizal P. lanceolata in an ecologically relevant soil system.

Arbuscular mycorrhizal modulation of diazotrophic and denitrifying microbial communities in the (mycor)rhizosphere of Plantago lanceolata

Impacts of divergent arbuscular mycorrhizal (AM) fungi, Glomus intraradices and Gigaspora margarita, on denitrifying and diazotrophic bacterial communities of Plantago lanceolata in nutrient-limited dune soil were assessed. We hypothesized AM species-related modifications that were confirmed in respective bacterial nirK and nifH sequence polymorphism -based community clustering and community variance allocation. The denitrifying community appeared more responsive to AM fungi than the nitrogen-fixing community. Nevertheless, the main explanatory variable, in both cases, was plant age. We conclude that AM fungi can modify N-cycling microbial rhizosphere communities and future work should aim to verify the functional significance and mechanistic basis.

Contrasting arbuscular mycorrhizal communities colonizing different host plants show a similar response to a soil phosphorus concentration gradient

High soil phosphorus (P) concentration is frequently shown to reduce root colonization by arbuscular mycorrhizal (AM) fungi, but the influence of P on the diversity of colonizing AM fungi is uncertain. We used terminal restriction fragment length polymorphism (T-RFLP) of 18S rDNA and cloning to assess diversity of AM fungi colonizing maize (Zea mays), soybean (Glycene max) and field violet (Viola arvensis) at three time points in one season along a P gradient of 10280mgl1 in the field. Percentage AM colonization changed between sampling time points but was not reduced by high soil P except in maize. There was no significant difference in AM diversity between sampling time points. Diversity was reduced at concentrations of P > 25mgl1, particularly in maize and soybean. Both cloning and T-RFLP indicated differences between AM communities in the different host species. Host species was more important than soil P in determining the AM community, except at the highest P concentration. Our results show that the impact of soil P on the diversity of AM fungi colonizing plants was broadly similar, despite the fact that different plants contained different communities. However, subtle differences in the response of the AM community in each host were evident.

Spatial structuring of arbuscular mycorrhizal communities in benchmark and modified temperate eucalypt woodlands

Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) are crucial to the functioning of the plant–soil system, but little is known about the spatial structuring of AMF communities across landscapes modified by agriculture. AMF community composition was characterized across four sites in the highly cleared south-western Australian wheatbelt that were originally dominated by forb-rich eucalypt woodlands. Environmentally induced spatial structuring in AMF composition was examined at four scales: the regional scale associated with location, the site scale associated with past management (benchmark woodlands with no agricultural management history, livestock grazing, recent revegetation), the patch scale associated with trees and canopy gaps, and the fine scale associated with the herbaceous plant species beneath which soils were sourced. Field-collected soils were cultured in trap pots; then, AMF composition was determined by identifying spores and through ITS1 sequencing. Structuring was strongest at site scales, where composition was strongly related to prior management and associated changes in soil phosphorus. The two fields were dominated by the genera Funneliformis and Paraglomus, with little convergence back to woodland composition after revegetation. The two benchmark woodlands were characterized by Ambispora gerdemannii and taxa from Gigasporaceae. Their AMF communities were strongly structured at patch scales associated with trees and gaps, in turn most strongly related to soil N. By contrast, there were few patterns at fine scales related to different herbaceous plant species, or at regional scales associated with the 175 km distance between benchmark woodlands. Important areas for future investigation are to identify the circumstances in which recolonization by woodland AMF may be limited by fungal propagule availability, reduced plant diversity and/or altered chemistry in agricultural soils.

Ecto- and arbuscular mycorrhizal symbiosis can induce tolerance to toxic pulses of phosphorus in jarrah (Eucalyptus marginata) seedlings

In common with many plants native to low P soils, jarrah (Eucalyptus marginata) develops toxicity symptoms upon exposure to elevated phosphorus (P). Jarrah plants can establish arbuscular mycorrhizal (AM) and ectomycorrhizal (ECM) associations, along with a non-colonizing symbiosis described recently. AM colonization is known to influence the pattern of expression of genes required for P uptake of host plants and our aim was to investigate this phenomenon in relation to P sensitivity. Therefore, we examined the effect on hosts of the presence of AM and ECM fungi in combination with toxic pulses of P and assessed possible correlations between the induced tolerance and the shoot P concentration. The P transport dynamics of AM (Rhizophagus irregularis and Scutellospora calospora), ECM (Scleroderma sp.), non-colonizing symbiosis (Austroboletus occidentalis), dual mycorrhizal (R. irregularis and Scleroderma sp.), and non-mycorrhizal (NM) seedlings were monitored following two pulses of P. The ECM and A. occidentalis associations significantly enhanced the shoot P content of jarrah plants growing under P-deficient conditions. In addition, S. calospora, A. occidentalis, and Scleroderma sp. all stimulated plant growth significantly. All inoculated plants had significantly lower phytotoxicity symptoms compared to NM controls 7 days after addition of an elevated P dose (30 mg P kg−1 soil). Following exposure to toxicity-inducing levels of P, the shoot P concentration was significantly lower in R. irregularis-inoculated and dually inoculated plants compared to NM controls. Although all inoculated plants had reduced toxicity symptoms and there was a positive linear relationship between rank and shoot P concentration, the protective effect was not necessarily explained by the type of fungal association or the extent of mycorrhizal colonization.